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摘要:离心泵作为动力循环系统的重要设备,是整个管路正常发挥循环运行功能的重要部件,在机械化工、航空航天等领域都有着较广泛的应用。本文以离心泵水动力噪声为研究对象,在探究离心泵水动力噪声内声场和外声场的基础上,分析了离心泵水动力的噪声理论,进而对离心泵的进出口边界条件和水动力噪声验证试验方法进行了详细分析,最后通过数值计算和实验结果验证了离心泵水动力噪声分析的结果,旨在为我国离心泵水动力噪声研究水平的快速提升带来更多参考和启迪。
关键词:离心泵;水动力噪声;噪声试验
引言
通常情况下,离心泵生产系统中的噪声按其产生机理划分为机械结构振动引起的辐射噪声和水动力噪声两大类别,其中,水动力噪声作为离心泵噪声的重要故障判别依据,是由非机械振动故障引起的,严重者甚至会导致整个离心泵能量循环动力系统难以正常工作,因此,对离心泵水动力噪声的相关研究也就具备重要理论意义和现实价值。
1.1内声场
离心泵的内声场噪声包含了流激噪声和流激振动噪声两大部分内容,内场的噪声不仅能够通过离心泵体内延展到其外部影响离心泵的外声场结构,而且会随着离心泵内部介质传输到下游的管路系统,导致下游管路系统进一步产生振动,进而对离心泵的整体振动噪声产生影响。对离心泵的内声场噪声的频谱资源段进行分析,还可进一步将离心泵内的水动力噪声分为离散噪声和宽带噪声,根据不同段的频谱资源的数据,探究不同类型的噪声生存环境。以离散噪声为例分析可知,离散噪声主要表现为离心泵的泵轴频率和叶频之间存在着的噪声,在叶轮机械设备运转过程中,离散噪声主要产生于设备系统边界层经过其叶片时引起的涡脱落现象导致的声音发出,也包括了其内部叶轮转子由于设备运行速度变化导致的尾迹和涡轮、蜗壳等部分之间出现的强烈的动静干扰现象。宽带噪声是离心泵叶轮等机械设备在运转过程中伴随着宽带所产生的辐射噪声,该噪声会进一步随着离心泵运行情况的不同而出现分贝值的变化,近年来离心泵朝着高速度方向发展,其内部流动马达不断增加,导致其宽带噪声更加明显。
1.2外声场
离心泵动力噪声中的外声场噪声主要是由于离心泵泵体结构中的涡壳和叶轮非钢体结构而形成的,受到了流体结构机制作用的影响,会进一步产生振动变形,反过来又将进一步影响其流场产生更大情况的影响,在此过程中,离心泵泵体结构同时受到其内部噪声生产所施加的声荷载作用,进而产生振动,机械振动又会反向作用于声音流场产生影响,形成生产耦合的固定过程。相关研究表明,在较低的参数辐射条件下,离心泵水动力噪声和全场辐射噪声的功率由偶极子源决定,而在采取流声场偶合的方式下测试所得的离心泵的流激振动噪声,其测试结果和试验结果基本处于抑制状态,也就是说,离心泵的耦合方式相较于传统模式下的流固耦合方式、加固的复合方式等,具备建模难度低和更高精确度等诸多优势,有助于离心泵声场的全面分析。
2.离心泵水动力噪声理论
离心泵的水动力噪声理论和离心泵气动噪声理论相类似的流体力学和声学交叉的理论科学知识,除了离心泵内部空化噪声之外,目前离心泵水动力噪声研究所采取的理论方法绝大多数来源于气动噪声,因此国内外专家学者往往将水动力噪声和气动噪声归结于气动噪声这一模块,因此,水动力噪声理论的分析实际上也可归纳于气动声学学科分析中。随着当代气动声学学科理论体系的不断发展和逐步完善,基于不同声学量的声学方程相继被提出并应用于各种场景,有学者曾将新气动噪声分析过程中的涡轮作用过程引入建立方程,进而建立了全新涡声理论,将离心泵的声源所产生的气动参数相互联系,对于较低码数的商绝热体的流体结构,产生流体动力学和辐射生产的唯一动力源,其涡轮运转过程的涡量参数值越大,产生的噪声也就越大。
3.泵进、出口边界条件确定和水动力噪声验证测试方法
3.1试验管路系统
在根据试验目标和基本条件建立离心泵水动力噪声测试平台后,通过其试验管路系统的试验探究离心泵进出口边界条件和水动力噪声验证试验方法,其管路系统的组成主要包括了离心泵进出口管路和弹性隔振器件以及其他的支撑器件和储水筒等部分,在试验平台上组成运行闭环和能量巡回的管路系统,水听器则安装于离心泵的进出口管网系统中,从而为测试离心泵进出口边界条件和开展水动力噪声验证测试试验奠定基础。
3.2泵进出口导纳与声压计算
在离心泵进出口导纳和声压的计算过程中,主要采取两水听器方法进行离心泵内声场测试,进而推导到新进出口不同部位声压和声音导纳率,借助离心泵的出口端为例进行分析可知,在对泵出口端的传递函数各元素进行提取的基础上,能够通过离心泵出口端的传递函数不同元素计算,得到离心泵出口端的负载阻抗和声阻抗率,进而得到声导纳率和出口端的声压参数,借此步骤完成离心泵进出口导纳和声率的计算。
在借助离心泵进出口边界条件确定和水动力噪声验证测试之后,通过数值计算和实验过程验证分析离心泵的相关内容,首先就数字计算分析而言,在界定离心泵设计流量100m3/h
、转速2900/min等导纳参数边界条件后,在该边界条件下得到的离心泵进出口声导纳率,进一步将离心泵的叶轮定义为五大段,得到离心泵转动偶极子声源核辐射生产的结构,进而借助其流声接口输出声源信息,将该数据导入后得到偶极子声源数据和辐射场声场信息,再借助数据信息处理得到泵入口处和出口处的声压频谱资源图,得出离心泵的叶屏参数,在其噪声过程中占据了主导位置。离心泵噪声等级随着频率的增加而不断降低,呈现出反比例的关系,同时,离心泵出口处的各个接叶频分量参数值均大于离心泵入口处的叶频分量参数值,也就是说,离心泵整个水动力过程中噪声生源具有偶极子的声音特性。
在将离心泵的数值计算结果和测试结果进行对比分析时,在一阶频率上计算得到的离心泵的参数值和试验结果能够呈现出较好的吻合状态,数字相差基本在三分贝以内,但计算值和试验结果在低频线谱上存在着较大的差异,其实验结果在一阶和二阶轴处均存在着较大的峰值状况,也就是说,离心泵叶轮转子之间机械不平衡振动而带来的轴频及谐频与离心泵运转过程中的水动力噪声过程无关,由此确定了离心泵进出口过程中水动力噪声的影响因素,为后续水动力噪声解决措施的制定提供了较强的数据支撑。
结论
本文在对离心泵水动力噪声内生产和外生产进行深入分析的基础上,结合了离心泵水动力噪声的基础依据,进而对离心泵水动力的进口边界条件、出口边界条件的确定方法和水动力噪声的验证测试方法等进行了深入分析,探讨了离心泵的试验管路系统和水泵进出口导纳和声压的计算方式,最后通过数值计算和试验验证了离心泵水动力噪声研究过程,认为在未来的离心泵水动力噪声研究过程中,应更加关注离心泵工作为管网系统重要组成及进出口截流的液态,受到阀门、管道等基础管网设施的影响,探究离心泵内声场和外声场导致的离心泵水动力噪声,进而针对离心泵水动力噪声的具体影响因素,针对性地采取相关措施,尽可能地避免离心泵水动力产生过大噪声而导致运行故障,为离心泵功能发挥奠定基础。
参考文献
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